thiết kế một tủ phân phối điện có bù hệ số công suất coss 6 cấp

thiết kế một tủ phân phối điện có bù hệ số công suất coss 6 cấp

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ HỆ SỐ CÔNG SUẤT 1.1.Khái niệm chung

Theo thống kê cho thấy 70% lượng điện năng sản xuất ra được sử dụng trong các xí nghiệp công nghiệp Tính chung trong toàn bộ hệ thống điện, thường (10

÷15)% năng lượng điện phát ra bị tổn thất trong quá trình truyền tải Tổn thất điện năng trong mạng điện có điện áp từ (0,1÷10)kv (tức là mạng điện xí nghiệp) chiếm tới 65% tổng số tổn thất điện năng ở trên vì mạng điện xí nghiệp thường dùng điện áp tương đối thấp đường dây lại dài và phân tán

Giảm được tổn thất điện năng tức là giảm được thiết bị phát điện của nhà máy điện và đồng thời giảm được nhiên liệu tiêu hao Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới công cuộc nâng cao đời sống của nhân dân Vốn đầu tư sẽ giảm, giá thành 1 kwh điện năng cũng sẽ giảm và nó có ảnh hưởng đến tất cả các ngành kinh tế khác Giảm tổn thất điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có một ý nghĩa rất quan trọng không những có lợi cho bản thân xí nghiệp mà còn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân

Hệ số công suất cosφ của xí nghiệp là một chỉ tiêu đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lí và tiết kiệm hay không Do đó nhà nước đã ban hành các chính sách để khuyến khích các xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số công suất cosφ Ví dụ nếu hệ số công suất cosφ của xí nghiệp thấp hơn cosφ quy định thì xí nghiệp đó bị phạt, nếu lớn hơn

Các phương pháp nghiên cứu trước đây thường sử dụng thành phần điện dung để

bù, nhằm nâng cao hệ số công suất cosφ để giảm tổn hao, do việc các thiết bị tiêu thụ năng lượng không phải là thuần trở mà có các thành phần phản khảng Song trên thực

tế, cùng với việc điện áp trên lưới không ổn định, thay đổi theo giờ, theo phụ tải dẫn đến hệ số công suất cũng thay đổi theo Để tăng hệ số Cosφ thông thường người ta mắc tụ song song với phụ tải, hệ số Cosφ được tăng lên trong khoảng (0,8 đến 0,99); nhưng việc hệ số Cosφ thay đổi quá lớn như trên sẽ làm cho điện áp lưới thay đổi theo, khi phụ tải nhỏ sẽ gây ra hiện tượng điện áp lớn hơn điện áp tiêu chuẩn của lưới, rất dễ gây ra hiện tượng hỏng thiết bị Chính vì vậy mục tiêu là ổn định hệ số Cosφ khi phụ tải thay đổi, điện áp lưới thay đổi, nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng và

ổn định điện áp, tăng độ bền của thiết bị

Phương pháp thiết kế một tủ phân phối điện có bù hệ số công suất Cosφ 6 cấp, với việc sử dụng bộ vi xử lý để thu thập các thông số của lưới điện sau đó phân tích đánh giá tự động điều khiển bù từ cấp 1 đến cấp 6 để ổn định hệ số công suất nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện trong lưới điện hạ áp

1.2 Hệ số công suất cosφ.

1.2.1 Khái niệm về hệ số công suất cosφ

Hình 1.1: Tam giác công suất.

Hệ số công suất biểu diễn mối quan hệ giữa các dạng công suất của hệ thống điện P, Q, S thông qua góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện, ký hiệu cosφ

S là công suất toàn phần

P: công suất tác dụng

Q: công suất phản kháng

φ: góc giữa S và P

Trong thực tế tính toán khái niệm hệ số công suất

cosφ được dùng Khi cosφ càng nhỏ thì lượng công

suất phản kháng tiêu thụ hoặc truyền tải càng lớn và

công suất tác dụng càng nhỏ và ngược lại

1.2.2 Hệ số công suất tức thời

Là hệ số công suất tại một thời điểm nào đó, đo được nhờ dụng cụ đo cosφ hoặc nhờ các dụng cụ đo công suất, điện áp và dòng điện

2

2 Q P

P S

P Cos

+

=

=ϕ

Do phụ tải luôn thay đổi nên cosφ tức thời cũng luôn thay đổi theo Vì thế cosφ tức thời không có giá trị trong tính toán

1.2.3 Hệ số công suất trung bình.

Là hệ số công suất trung bình trong một khoảng thời gian nào đó (một ca làm việc, một ngày đêm, một tháng )

2 2

tb tb

tb

Q P

P Cos

+

=ϕ

Trong đó:

1.2.4 Hệ số công suất tự nhiên

Hệ số công suất tự nhiên là hệ số công suất trung bình tính cho 1 năm, khi không có thiết bị bù, kí hiệu là cosϕtn Hệ số công suấtcosϕtnđược dùng làm căn cứ để tính toán nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng

Việc tính toán đánh giá chi phí công suất phản phản kháng được thông tư chính phủ ban hành,chúng phụ thuộc vào hệ số phạt phản kháng (k%).Giá trị này phụ thuộc vào

hệ số công suất (cosφ) và giá trị k này sẽ bằng 44,07 với các trường hợp cosφ , 0,6

Bảng 1:Mối quan hệ giữa k và cos

1.2.5 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cosφ

 Giảm tổn thất công suất ∆p trong mạng điện

) ( ) ( 2

2 2

2 2

2 2

Q

P R U

Q R U

P R U

Q P

∆

Khi giảm được Q truyền tải trên đường dây thì sẽ giảm được thành phần tổn thất công suất do công suất phản kháng gây ra ∆P(Q)

 Giảm được tổn thất điện áp ∆U trong mạng

Ta đã biết, tổn thất điện áp được tính như sau:

) ( ) (P U Q

U X U

Q R U

P U

QX PR

∆

Như vậy khi giảm được Q truyền tải trên đường dây (trong mạng) sẽ giảm được thành phần tổn thất điện áp do công suất phản kháng gây nên ∆U(Q)

 Tăng được khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp

Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng

Dòng điện chạy trên đường dây và máy biến áp được tính như sau:

U

Q P U

S

I

.3

Vì thế khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp, nếu cosφ của mạng được nâng cao thì khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp sẽ được tăng lên

Ngoài ra việc nâng cao cosφ còn đưa đến hiệu quả là giảm chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của các máy phát điện

Trong thiết kế, nếu có xét tới bù công suất phản kháng thì có thể chọn được tiết diện dây dẫn nhỏ hơn hoặc máy biến áp có công suất nhỏ hơn

Vì vậy, việc nâng cao hệ số công suất cosφ cần phải được quan tâm đúng mức trong công tác thiết kế cũng như vận hành

 Giảm giá thành tiền điện:

- Nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế, nhất là giảm tiền điện

- Trong giai đoạn sủ dụng điện có giới hạn theo qui định Việc tiêu thụ năng lượng phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng (tgφ > 0,4: đây là giá trị thoã thuận với công ty cung cấp điện) thì người sử dụng năng lượng phản kháng phải trả tiền hàng tháng theo giá hiện hành

- Do đó, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng

sẽ là: kVAr ( phải trả tiền ) = KWh ( tgφ – 0,4)

- Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc đến yếu tố phí tổn do mua sắm, lắp đặt bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ số công suất

Tối ưu hoá kinh tế - kỹ thuật

- Cải thiện hệ số công suất cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn V.V…đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện

Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hoá các phần tử cung cấp điện Khi ấy các thiết bị điện không cần định mức dư thừa Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, cần đặt tụ cạnh cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng

1.3 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

 Áp dụng công nghệ hiện đại vào sản xuất

 Sử dụng hợp lí các thiết bị điện

 Nâng cao điện áp định mức cũng như điện áp vận hành của mạng điện

 Lựa chọn sơ đồ nối dây hợp lí nhất cho mạng điện

 Kiểm tra thường xuyên tổn thất điện năng trong mạng điện và cosφ trong các xí nghiệp Tuy nhiên trong lúc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện và nâng cao

hệ số công suất cosφ, cần chú ý không được gây ảnh hưởng đến quá trình sản xuất của xí nghiệp cũng như nhân dân lao động

 Giảm công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và máy biến áp bằng các thiết bị bù

CHƯƠNG 2: CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT

2.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất

Theo kinh nghiệm vận hành người ta đưa ra các biện pháp chủ yếu sau đây:

a Chọn đúng công suất động cơ không đồng bộ truyền động cho các máy công

cụ

Muốn nâng cao được hiệu quả truyền động điện, tính kinh tế của năng lượng điện cần sử dụng hết công suất của thiết bị công nghệ; nó liên quan đến việc sử dụng tốt các thiết bị điện như động cơ không đồng bộ, máy biến áp Nói cách khác là chọn đúng công suất của thiết bị điện nói chung và động cơ điện nói riêng Làm như vậy sẽ hạn chế được công suất phản kháng tiêu thụ của truyền động điện Biện pháp này được áp dụng khi thiết kế trang bị điện

b Thay động cơ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn

Chúng ta biết rằng hệ số công suất của động cơ phụ thuộc rất lớn vào hệ số phụ tải của động cơ

Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ một lượng công suất phản kháng:

2 0

0 0

I I U I

 ηdm là hiệu suất định mức của động cơ

 Qđm là công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ từ lưới khi làm việc định mức

tb pt

U

U S

S P

P k

Với :

 S, Sđm là hệ số trượt thực tế và hệ số trượt định mức của động cơ

 U, Uđm là điện áp thực tế và điện áp định mức của động cơ

Hệ số công suất của động cơ được tính theo biểu thức:

2 2 0 0

2

2 2

2 2 2

2

)(

1

11

11

=+

=+

=

=

pt dm

pt dm

tt

tt tt

tt tt tt

tt

tt tt

tt

k P

k Q Q Q P

Q P

Q P Q

P

P S

P Cosϕ

(2.1)

Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn quan hệ cosφ = f(k pt )

Từ biểu thức (2.1) và (hình 2.1) ta thấy rằng nếu động cơ làm việc non tải tức

là giảm được lượng Q tiêu thụ

Theo kinh nghiệm vận hành, nếu động cơ có kpt < 0,45 thì việc thay thế nó bằng động cơ có công suất nhỏ hơn là luôn luôn có lợi không cần phải tính toán kiểm tra; khi kpt > 0,7 thì không nên thay thế Trong trường hợp 0,45 < kpt< 0,7 thì cần phải

so sánh kinh tế kỹ thuật mới xác định được việc thay thế có lợi hay không Điều kiện

để quyết định thay động cơ là tổn thất công suất tác dụng trong hệ thống cung cấp điện và trong động cơ phải nhỏ hơn

Tổn thất công suất tác dụng được tính như sau:

dc

k Q

Trong đó:

 Q là công suất phản kháng động cơ tiêu thụ từ lưới

 kkt là hệ số gọi là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng kw/kvar (tra

Như vậy: [ ] 2

0

2 0

0 (Q dm Q )k pt k kt P P dm.k pt Q

∆ ∑Khi tính toán, nếu ( 2 ) ( 1 )

c Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải

Biện pháp này được dùng khi không có điều kiện thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ công suất nhỏ hơn

Công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ được xác định như sau:

v f

U

k

2µ

 Đổi nối dây quấn stator từ ∆ thành Y

 Thay đổi cách phân nhóm của dây quấn stator

 Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để hạ thấp điện áp của mạng phân xưởng

Khi đổi nối dây quấn stator từ ∆ thành Y thì điện áp đặt lên cuộn dây pha của động cơ giảm đi 3 lần do đó cosφ và hiệu suất của động cơ được nâng lên Đồng thời mômen cực đại của động cơ giảm đi 3 lần so với trước Vì vậy cần phải kiểm tra lại khả năng mở máy và làm việc ổn định của động cơ

Biện pháp này dùng cho động cơ có điện áp nhỏ hơn 1000V và hệ số phụ tải trong khoảng (0,35÷0,4)

Biện pháp thay đổi phân nhóm của dây cuốn stator thường dùng với động cơ có công suất lớn có nhiều mạch nhánh song song trong một pha Biện pháp này khó thực hiện vì phải tháo động cơ ra mới thay đổi được cách quấn dây

Biện pháp thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để giảm điện áp của mạch phân xưởng chỉ được phép thực hiện khi tất cả các động cơ trong phân xưởng đều làm việc non tải và phân xưởng không có thiết bị yêu cầu cao về mức điện áp, trong thực

tế biện pháp này ít được sử dụng

d Hạn chế động cơ không đồng bộ chạy không tải

Các máy công cụ trong quá trình gia công thường nhiều lúc phải chạy không tải, chẳng hạn như chuyển từ động tác gia công này sang động tác gia công khác, khi chạy lùi dao cũng có thể do thao tác của công nhân không hợp lí, mà nhiều lúc máy chạy không tải

Theo thống kê cho thấy rằng, đối với các máy công cụ, thời gian chạy không tải chiếm khoảng (35÷65)% thời gian làm việc, cosφ của động cơ rất thấp (0,1÷0,15)

Vì thế, hạn chế động cơ chạy không tải là biện pháp tốt để nâng cao cosφ của động cơ

Hạn chế động cơ chạy không tải được thực hiện theo hai hướng:

 Vận động công nhân hợp lí hoá các thao tác, hạn chế đến mức thấp nhất thời gian máy chạy không tải

 Đặt bộ phận hạn chế hành trình không tải trong sơ đồ khống chế của động cơ, nếu động cơ chạy không tải quá thời gian chỉnh định, thì động cơ bị cắt khỏi mạng Bộ hạn chế hành trình không tải chỉ được sử dụng trong trường hợp nó mang lại hiệu quả kinh tế, có nghĩa là nó phải làm giảm được năng lượng tác dụng và phản kháng tiêu thụ từ lưới, và bù đắp được chi phí đầu tư, lắp đặt bộ hành trình không tải

e Đề cao chất lượng, sửa chữa động cơ

Ảnh hưởng của chất lượng sửa chữa động cơ đến cosφ của động cơ thường do

sự thay đổi tham số của cuộn dây (như số vòng dây trong một pha sơ đồ nối dây, điện

áp đặt trong một vòng dây ) và khe hở không khí

Ta xét một số trường hợp khi không thay đổi sơ đồ nối dây và điện áp đặt vào cuộn dây thì:

 Khi tiết diện dây không thay đổi, số vòng dây trong một pha giảm 10% thì ∅max

tăng 10% công suất phản kháng và dòng không tải tăng 25% do giảm độ từ thẩm của mạch từ khi bão hoà, cosφ của động cơ giảm từ cosφđm = (0,85÷0,87) xuống (0,8÷0,82) và cosφđm = (0,8÷0,82) thì xuống tới (0,74÷0,75) Tổn thất công suất trong phép tỉ lệ với bình phương mật độ từ cảm, tổn thất công suất tác dụng tăng 21%

Nếu cosφđm = (0,85÷0,87) sẽ tăng lên (0,9÷ 0,91)

Cosφđm = (0,8÷0,82) sẽ tăng lên (0,85÷0,87)

Tổn thất công suất tác dụng trong thép giảm 19%, dòng trong stator tăng 10%, dòng tác dụng trong stator tăng, còn dòng phản kháng trong stator giảm 25% Nhưng

mật độ dòng trong cuộn dây stator tăng 10%, tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây:

Khi tiết diện dây không đổi, số vòng dây trong 1 pha tăng 10% thì ∅m giảm 10%, q0 và i0 giảm 25% tổn thất công suất trong thép ∆Pfe giảm 19% cosφ tăng lên, dòng trong cuộn dây rotor tăng 10% còn trong stator không đổi, (istator = const)

Tổn thất công suất tác dụng trong dây quấn rôto tăng 21%, trong stator tăng 10% Hiệu suất của động cơ lớn hơn hiệu suất định mức (η >ηđm)

Nếu khe hở không khí không đều, dẫn đến sự mất đối xứng của từ trường, làm cho lõi thép có chỗ bị bão hoà, chỗ không bị bão hoà Vì vậy không sử dụng hết khả năng cho lõi thép làm cho cosφ và hiệu suất của động cơ giảm

suất phản kháng xí nghiệp tiêu thụ, nhưng vẫn phải quan tâm đến nó

 Thay thế máy biến áp vận hành non tải

Máy biến áp vận hành không tải tiêu thụ công suất phản kháng bằng 60% công suất phản kháng tiêu thụ khi phụ tải định mức Từ đó ta thấy rằng nếu máy biến áp vận hành non tải thì cosφ sẽ giảm

Ví dụ: khi máy biến áp luôn luôn vận hành non tải thì phải thay thế nó bằng máy biến áp có công suất nhỏ hơn (thường kpt < 0,3), việc này thực hiện khi thiết kế

 Vận hành kinh tế trạm biến áp

Khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên thì tuỳ theo sự thay đổi của phụ tải mà ta

có phương thức vận hành cho kinh tế Ví dụ khi phụ tải nhỏ (ca 3 chẳng hạn) có thể cắt bớt máy biến áp để các máy còn lại đủ tải

g Dùng động cơ đồng bộ thay động cơ không đồng bộ

Ở những máy sản xuất có công suất tương đối lớn và không điều chỉnh tốc độ như máy bơm, máy quạt, máy nén khí ta nên dùng động cơ đồng bộ, vì nó có những

ưu điểm sau so với động cơ không đồng bộ

Hệ số công suất cosφ cao, khi cần có thể cho làm việc ở chế độ quá kích thích

để trở thành máy bù cung cấp công suất phản kháng cho mạng

Mômen quay tỷ lệ bậc nhất với điện áp, vì vậy ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp Khi tần số của nguồn không thay đổi, tốc độ quay của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải do đó năng suất làm việc của máy cao

Song nó cũng có một số khuyết điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành cao, mở máy phức tạp Chính vì thế động cơ đồng bộ chỉ chiếm khoảng 70% tổng số động cơ dùng trong công nghiệp, ngày nay nhờ đã chế tạo được động cơ tự kích từ giá thành hạ và

có giải công suất tương đối rộng nên người ta sử dụng ngày càng nhiều động cơ đồng

Ví dụ: phương pháp đúc tiên tiến cho phép giảm độ dư của phôi do đó giảm bớt các nguyên công cắt gọt, phương pháp gia công tốc độ cao hoặc phương pháp gia công nhiều dao có thể rút ngắn thời gian gia công và giảm được lượng điện năng tiêu hao Tất cả các thiết bị tiêu thụ áp suất lớn cần định rõ phương thức vận hành cho hợp

lí, ví dụ vận hành với kpt gần bằng 1, phân bố đều trong 3 ca làm việc, khi cần thì cắt bớt máy làm việc song song

Cải tiến thao tác cho hợp lí, giảm thời gian chạy không tải và non tải

Thay động cơ có tốc độ thấp bằng động cơ có tốc độ cao, vì động cơ có tốc độ thấp tiêu thụ nhiều công suất phản kháng hơn động cơ có tốc độ cao khi chúng có cùng một công suất

Việc nâng cao hệ số công suất cosφ có nhiều cách, tuỳ tình hình cụ thể mà áp dụng cho thích hợp và đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất

2.2 Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng phương pháp nhân tạo

2.2.1 Nguyên tắc thực hiện

Sau khi tiến hành các biện pháp bù tự nhiên để giảm lượng tiêu thụ công suất phản kháng mà hệ số công suất cosφ của xí nghiệp vẫn chưa đạt yêu cầu thì mới dùng đến phương pháp bù nhân tạo

Bù công suất phản kháng bằng phương pháp nhân tạo là đặt thêm các thiết bị phát ra công suất phản kháng ngay tại hộ tiêu thụ

Để bù công suất phản kháng, người ta thường dùng hai loại thiết bị bù chủ yếu

là máy bù đồng bộ và tụ điện tĩnh

2.2.2 Các loại bù công suất phản kháng.

a Bù trên lưới điện áp.

Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng:

 Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền).

 Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục theo yêu cầu khi tải thay đổi

Chú ý : Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800 kvar và tải có tính liên tục và ổn định, việc lắp đặt bộ tụ ở phía trung áp thường có hiệu quả kinh tế tốt hơn

Các nguyên lý và lý do sử dụng bù tự động:

 Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi phần được điều khiển bằng contactor Việc đóng một contactor sẽ đóng một số tụ song song với các tụ vận hành Vì vậy lượng công suất bù có thể tăng hay giảm theo từng cấp bằng cách thực hiện đóng hoặc cắt contactor điều khiển tụ Một relay điều khiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng và mở các contactor tương ứng để

hệ số công suất cả hệ

thống thay đổi (với sai số do điều chỉnh từng bậc) Để điều khiển rơle máy biến dòng phải đặt lên một pha của dây cáp dẫn điện cung cấp đến mạch được điều khiển Khi thực hiện bù chính xác bằng các giá trị tải yêu cầu sẽ tránh được hiện tượng quá điện áp khi tải giảm xuống thấp và do đó khử bỏ các điều kiện phát sinh

quá điện áp và tránh các thiệt hại xảy ra cho trang thiết bị

 Quá điện áp xuất hiện do hiện tượng bù dư phụ thuộc một phần vào giá trị tổng trở nguồn

Các qui tắc bù:

 Nếu công suất bộ tụ (kvar) nhỏ hơn hoặc bằng 15% công suất định mức máy biến áp cấp nguồn, nên sử dụng bù nền

 Nếu ở trên mức 15%, nên sử dụng bù kiểu tự động

 Vị trí lắp đặt tụ áp trong mạng điện có tính đến chế độ bù công suất; hoặc bù tập trung, bù nhóm, bù cục bộ, hoặc bù kết hợp hai phương án sau cùng

 Về nguyên tắc, bù lý tưởng có nghĩa là bù áp dụng cho từng thời điểm tiêu thụ

và với mức độ mà phụ tải yêu cầu cho mỗi thời điểm

 Trong thực tiễn, việc chọn phương cách bù dựa vào các hệ số kinh tế và kỹ thuật

Vị trí lắp đặt tụ bù:

 Bù tập trung: áp dụng cho tải ổn định và liên tục.

Nguyên lý: bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được

đóng trong thời gian tải hoạt động.

Ưu điểm:

o Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng

o Làm giảm công suất biểu kiến.

o Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các

Nguyên lý: bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực Hiệu quả do bù nhóm

mang lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có đặt tụ được thể hiện rõ nhất.

Ưu điểm:

o Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.

o Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.

o Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với

khu vực.

o Vì lý do này mà kích thước và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên

không

được cải thiện với chế độ bù nhóm.

o Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dư và kèm

theo hiện tượng quá điện áp.

 Bù riêng:

Bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kế so với mạng điện.

Nguyên lý: bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính

cảm (chủ yếu là các động cơ) Bộ tụ định mức (kvar) đến khoảng 25% giá trị công suất động cơ Bù bổ sung tại đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt.

Ưu điểm:

o Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kvar).

o Giảm công suất biểu kiến yêu cầu.

o Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn.

Nhận xét: Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại

trong mạng điện.

2.2.3 Các loại thiết bị bù

a Máy bù đồng bộ

Máy bù đồng bộ là một loại động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải

và quá kích thích, do không có phụ tải trên trục, máy bù đồng bộ có thể được chế tạo gọn nhẹ hơn so với động cơ đồng bộ Vì vậy máy bù đồng bộ rẻ hơn động cơ đồng bộ cùng công suất, máy bù đồng bộ có những đặc điểm sau đây:

 Máy bù đồng bộ có thể phát ra và tiêu thụ công suất phản kháng, ở mức độ quá kích thích máy bù sản xuất ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng, còn ở chế độ thiếu kích thích máy bù lại tiêu thụ công suất phản kháng của mạng

 Công suất phản kháng phát ra không phụ thuộc điện áp đặt vào mà phụ thuộc vào dòng điện ikt

 Có thể điều chỉnh công suất phản kháng phát ra bằng cách thay đổi kích từ một cách liên tục

Máy bù đồng bộ thường đặt ở những nơi cần bù tập trung, dung lượng bù lớn

b Tụ điện tĩnh

Tụ điện tĩnh là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện

áp, do đó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng

 Ưu điểm:

 Suất tổn thất công suất tác dụng nhỏ, khoảng (0,003÷0,005) kw/kvar

 Không có phần động nên lắp ráp, bảo quản dễ dàng

 Tụ điện tĩnh được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tuỳ theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng cho phù hợp

 Nhược điểm:

 Công suất phản kháng phát ra phụ thuộc vào điện áp

C f U U C C

U X

U X I

Q

c

./1

 Tụ điện có cấu tạo kém bền vì vậy dễ bị phá hỏng khi xảy ra ngắn mạch

 Khi điện áp tăng đến 1,1Uđm thì cách điện của tụ điện dễ bị chọc thủng

 Khi đóng tụ điện vào mạng có dòng điện xung, còn khi cắt tụ khỏi mạng, nếu không có thiết bị phóng điện thì sẽ có điện áp dư trên tụ

 Khó tự động điều chỉnh dung lượng bù một cách liên tục

 Tụ điện tĩnh được chế tạo dễ dàng ở cấp điện áp (0,4÷10)kv, thông thường nếu dung lượng bù nhỏ hơn 5 mvar thì người ta dùng tụ điện, còn nếu lớn hơn phải

so sánh với máy bù đồng bộ

c Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hoá.

Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto của động cơ không đồng bộ thì động cơ đó sẽ làm việc như động cơ đồng bộ, có thể điều chỉnh dòng kích từ để nó phát ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng Nhược điểm của loại này là suất tổn thất công suất tác dụng lớn, khoảng (0,02÷0,08) kw/kvar, khả năng quá tải kém Vì vậy nó chỉ được phép làm việc với 75% công suất định mức

Vì các nhược điểm trên, cho nên nó chỉ được dùng khi không có sẵn các loại thiết bị bù khác

Ngoài các thiết bị bù kể trên, còn có thể dùng động cơ đồng bộ làm việc ở chế

độ quá kích từ hoặc dùng máy phát điện làm việc ở chế độ bù để làm máy bù

Ở các xí nghiệp có nhiều tổ máy diezen - máy phát dùng làm nguồn dự phòng, khi chưa dùng đến có thể làm máy bù đồng bộ Theo kinh nghiệm thực tế việc chuyển máy phát thành máy bù khá đơn giản, vì vậy biện pháp này được nhiều xí nghiệp áp dụng

2.3 Các thiết bị bù cosφ

Bù cosφ tại xí nghiệp là một thuật ngữ của ngành điện, thực chất là xí nghiệp tự đặt thiết bị phát ra Q để tự túc một phần hoặc toàn bộ nhu cầu tiêu thụ Q trong xí nghiệp

Thiết bị để phát ra Q thường dùng trên lưới điện là máy bù và tụ bù Máy bù hay còn gọi là máy bù đồng bộ, là động cơ đồng bộ chạy quá kích thích chỉ phát ra Q

Ưu khuyết điểm của hai loại thiết bị này giới thiệu trong (bảng 2.1):

Bảng 2.1: So sánh đặc tính kinh tế - kỹ thuật của máy bù và tụ bù

Điều chỉnh Qb trơn Điều chỉnh Qb theo cấp

Qua bảng so sánh trên, ta nhận thấy tụ bù có nhiều ưu điểm hơn máy bù, nhược điểm duy nhất của tụ bù là công suất Qb phát ra không trơn mà thay đổi theo cấp bậc (bậc thang) khi tăng, giảm số tụ bù Tuy nhiên, điều này không quan trọng, vì bù cosφ mục đích là làm sao cho cosφ của xí nghiệp lớn hơn cosφ quy định là 0,95 chứ không cần có trị số thật chính xác Thường bù cosφ lên trị số từ 0,9 đến 0,95

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG

CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 3.1 Đương Lượng Kinh Tế Của Công Suất Phản Kháng

Việc bù công suất phản kháng sẽ đưa đến hiệu quả là nâng cao được hệ số công suất cosφ và giảm được tổn thất công suất tác dụng trong mạng do giảm được công suất phản kháng truyền tải trong mạng và máy biến áp Để đánh giá hiệu quả của việc giảm tổn thất công suất tác dụng do giảm được lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và máy biến áp, người ta đưa ra một chỉ tiêu gọi là đương lượng kinh

Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng kkt là lượng tổn thất công suất tác dụng giảm được khi giảm được 1 kvar công suất phản kháng truyền tải trong mạng

Nếu truyền tải một lượng công suất S trên đường dây 3 pha, lượng tổn thất công suất tác dụng (khi chưa có thiết bị bù) sẽ là:

) ( 1 ) ( 1 2

2 2

2 2

2

.33

U

Q R U

P R U

S R

Trong đó: ∆P 1 P( ),∆P 1 Q( )là lượng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây do

phải truyền tải một lượng công suất tác dụng P và một lượng công suất phản kháng Q

Qua biểu thức trên ta thấy rằng: nếu giảm Q sẽ giảm được tổn thất công suất tác dụng trên đường dây Giả thiết rằng bằng phương pháp bù, lượng công suất truyền tải trên đường dây giảm bớt 1 lượng Qbù khi đó lượng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây sẽ là:

U

Q Q R U

P

2 2

2 2

−+

R Q R U

Q Q Q

P

bù

Từ biểu thức ta thấy nếu Q và R cùng lớn nghĩa là phụ tải phản kháng càng lớn

và càng ở xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả

Như vậy nếu biết được kkt và lượng công suất bù Qbù thì chúng ta tính được lượng công suất tác dụng tiết kiệm được:

bù

kt Q k

P=

∆

Giá trị của kkt thường nằm trong khoảng (0,02÷0,12) kw/kvar

Trong tính toán có thể lấy những giá trị sau:

 Hộ dùng điện do máy phát điện cung cấp kkt = (0,02÷ 0,04)

 Hộ dùng điện qua 1 lần biến áp kkt = (0,04÷0,06)

 Hộ dùng điện qua 2 lần biến áp kkt = (0,05÷ 0,07)

 Hộ dùng điện qua 3 lần biến áp kkt = (0,08÷0,12)

3.2 Tính toán dung lượng bù

Phương pháp tính bù theo điều kiện điều chỉnh điện áp

Trước khi bù thì tổn thất điện áp U trong mạng là:

trong đó: Ri, Xi - điện trở của đoạn dây thứ i, W;

Un- điện áp định mức của mạng điện, kV;

n – số đoạn dây

Sau khi đặt bù thì tổn thất điện áp giảm đi một lượng là:

Nếu biết E ta tính được Qb, với đường dây cùng tiết diện:

3.2.1 Tính dung lượng bù theo điều kiện tổn thất công suất tác dụng trên đường

dây là nhỏ nhất

Ở phần trên, biểu thức (3.1) chúng ta đã tính được lượng tổn thất công suất tác dụng giảm được do giảm công suất phản kháng truyền tải trên đường dây một lượng

Qbù Nhưng chính bản thân thiết bị bù cũng tiêu thụ một lượng công suất tác dụng, do

đó lượng công suất tác dụng trên chỉ giảm được:

bù bù bù kt

P P

U

Q Q Q

bù

k Q U

R Q

Q U

R Q

U

⇒ 2.2 22

bù bù

R

U Q k

Q U

R R

U

.2

2.2

2 2

Nếu dung lượng bù Qbù nhỏ hơn nhiều so với công suất phản kháng truyền trên đường dây Q (điều này thường xảy ra trong thực tế) thì ta có thể xem =0

3.2.2 Tính dung lượng bù theo hệ số công suất cosφ

Trong thực tế người ta thường tính dung lượng bù theo giá trị cosφ như sau:

Qbù = P.(tgφ1 –tgφ2).α

Trong đó:

 P là phụ tải tác dụng tính toán của hộ tiêu thụ (Kw)

 φ1 là góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ1 trước khi bù

 φ2 là góc ứng với hệ số công suất cosφ2 muốn đạt được sau khi bù

 α = (0,9÷1) là hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng phương pháp tự nhiên không đòi hỏi đặt thêm thiết bị bù

Đứng về nội bộ hộ tiêu thụ mà nói thì nên bù một lượng bằng Q bù tối ưu là kinh tế hơn cả, song do lợi ích chung của toàn hệ thống điện, thường nhà nước quy định hệ số công suất tiêu chuẩn mà các hộ tiêu thụ nhất thiết phải đạt được, mặc dù đối với từng hộ tiêu thụ điện cụ thể thì cosφ tiêu chuẩn đó chưa phải là tốt nhất Vì thế trong thực tế người ta tính dung lượng bù theo: Qbù = P.(tgφ1 –tgφ2).α

3.2.3 Tính dung lượng bù kinh tế

Ta đã biết, lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và máy biến

áp càng lớn thì tổn thất công suất tác dụng ∆P càng lớn Đặt thêm thiết bị bù sẽ giảm nhẹ công suất phản kháng truyền tải trong mạng dẫn đến giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện năng trong mạng

Chúng ta không thể chỉ dựa trên tiêu chuẩn giảm bớt tổn thất điện năng để quyết định dung lượng cần bù Vì như vậy rất có thể tiền đặt thêm thiết bị bù sẽ lớn hơn số tiền giảm được do giảm tổn thất điện năng, kết quả chi phí vận hành hàng năm không những không giảm mà còn tăng thêm

Vì vậy để đảm bảo chỉ tiêu kinh tế của mạng điện, việc quyết định Qbù phải dựa trên tiêu chuẩn chi phí tính toán hàng năm ít nhất

Gọi z là chi phí tính toán toàn bộ trong một năm khi có đặt thêm thiết bị bù Chi phí tính toán z gồm có 3 thành phần

Z = Z1 + Z2 + Z3

Z1 = (avh +atc).k0

bù.Qbù là chi phí do đặt thiết bị bù

Trong đó:

 avh là hệ số vận hành thiết bị bù kể cả tu sửa và bảo quản

 atc là hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư (1/t)

 k0

bù là giá tiền 1kvar thiết bị bù (đ/kvar)

 Z2 = ∆P0

bù.Qbù.T.β là chi phí về tổn thất điện năng do bản thân thiết bị bù tiêu thụ

Trong đó:

 β là giá tiền 1 kwh điện (đ/kwh)

 t là thời gian làm việc của thiết bị bù

 ∆P0

bù là tổn thất công suất tác dụng trong một đơn vị dung lượng bù.

Đối với tụ điện tĩnh ∆P0

Z = − bù là chi phí về tổn thất điện năng trong mạng sau khi có đặt

thiết bị bù

Trong đó:

 Q là phụ tải phản kháng cực đại

 R là điện trở của mạng

 τ là thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất

Vậy chi phí tính toán toàn bộ của mạng là:

k a a

bù bù bù bù tc vh

−+

∆++

U

Q Q T

k a a dQ

dZ

dQ

dZ

bù bù

tc vh bù

2

10 2

−

∆++

−

=

τβ

β

R

P T k

a a U Q

3.2.4: Các bộ phận cơ bản của thiết bị bù công suất phản kháng

a).Bộ tự động điều chỉnh công suất phản kháng q

Bộ tự động điều chỉnh công suất phản kháng được thiết kế với việc áp dụng các

vi mạch cho phép thu nhận và xử lý tín hiệu nhanh và chính xác Các cơ cấu này cũng

có thể thực hiện vai trò đo lường Các tham số chế độ của mạng điện như điện áp, dòng điện, tần số, công suất, hệ số cosφ v.v có thể được biểu thị trên màn hình của thiết bị

b).Cơ cấu bù công suất phản kháng

Cơ cấu bù công suất phản kháng chính là các tụ điện động lực dùng để điều hoà

công suất phản kháng ở các cấp điện áp khác nhau tương ứng với các tham số định mức của chúng Việc sử dụng cuộn dây mắc nối tiếp với bộ tụ sẽ ngăn cản sự xuất hiện của tần số cộng hưởng

Thông thường công suất của cuộn kháng được chọn trong phạm vi khoảng 7%, có nghĩa là sự có mặt của cuộn kháng điện sẽ làm giảm công suất của tụ đi 5-7% Các thiết bị bù công suất phản kháng ở mạng điện hạ áp thường được thiết kế theo hai dạng: có tự động điều khiển và không có tự động điều khiển giá trị công suất

5-bù Sự có mặt của cơ cấu tự động điều khiển làm tăng chi phí vốn đầu tư và chi phí vận hành, bảo dưỡng Tuy nhiên, bù lại, nó cho phép nâng cao hiệu quả bù của thiết bị

và làm ổn định điện áp trong mạng điện Hiệu quả cực đại của việc áp dụng các thiết

bị bù có thể đạt được trên cơ sở phân tích các bài toán kinh tế kỹ thuật tổng hợp

CHƯƠNG 4: PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ 4.1 Phân Phối Tối Ưu Dung Lượng Bù Trong Mạng Lưới Xí Nghiệp

Tụ điện có thể đặt ở mạng điện áp cao của trạm biến áp trung gian hoặc phân phối

Tụ điện có thể đặt ở mạng điện áp cao hoặc mạng điện áp thấp

a Tụ điện điện áp cao (6-10) kv:

Được đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian hoặc phân phối, nhờ đặt tập trung nên việc theo dõi vận hành các tụ điện dễ dàng và có khả năng thực hiện việc tự động hoá điều chỉnh dung lượng bù Bù tập trung ở mạng điện áp cao còn có

ưu điểm nữa là tận dụng được hết khả năng của tụ điện, nói chung các tụ điện vận hành liên tục nên chúng phát ra công suất bù tối đa

Nhược điểm của phương án này là không bù được công suất phản kháng ở mạng điện áp thấp, do đó không có tác dụng giảm tổn thất điện áp, công suất ở mạng điện áp thấp

b Tụ điện điện áp thấp (0,4) kv:

Thường đặt tập trung ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng hoặc xí nghiệp Nó hay được đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực hoặc đặt phân tán ở từng

thiết bị dùng điện

Đứng về mặt giảm tổn thất điện năng mà xét thì việc đặt phân tán tụ điện bù ở từng thiết bị có lợi hơn cả Nhưng với cách lắp đặt này khi thiết bị nghỉ thì tụ điện cũng nghỉ theo Do đó hiệu suất sử dụng không cao, phương pháp này chỉ được dùng

để bù cho những động cơ không đồng bộ công suất lớn

Đặt tụ thành nhóm ở tủ phân phối hoặc đường dây chính trong phân xưởng được sử dụng nhiều hơn vì hiệu suất sử dụng cao, giảm được tổn thất cả trong mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp Vì chúng được đặt thành từng nhóm nhỏ (30÷100) kvar nên chúng không chiếm diện tích lớn, tụ điện có thể đặt trong một tủ riêng hoặc trên xà nhà của xưởng Tuy thế cách đặt thành nhóm khiến cho việc theo dõi vận hành không thuận tiện và khó thực hiện tự động điều chỉnh dung lượng bù

Đặt tụ ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp được sử dụng trong trường hợp dung lượng bù khá lớn hoặc khi cần tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp của mạng Nhược điểm của cách đặt này là chỉ giảm được tổn thất trong mạng

kể từ thanh cái hạ áp trở về nguồn

Trong thực tế tuỳ tình hình cụ thể mà ta sử dụng phương án nào hoặc phối hợp

cả 3 phương án

4.1.2 Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia

Giả sử có một mạng hình tia gồm 3 tia (hình 4.1)

Sau khi xác định được tổng dung lượng cần bù là Qbù cần phân phối dung lượng bù trên các nhánh sao cho đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất, thể hiện ở chỉ tiêu tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra là nhỏ nhất

Gọi dung lượng bù được phân phối trên các nhánh là qbù1, qbù2 ,qbù3 còn phụ tải phản kháng ở các nhánh là q1 , q2 ,q3 điện trở các nhánh là r1, r2, r3

Hình 4.1: Bù công suất phản kháng trong mạnh hình tia

Sau khi bù, tổn thất công suất tác dụng trong mạng hình tia do công suất phản kháng gây ra là:

3 2

2 3 3 2 2

2 2 2 1 2

2 1

U

Q Q r U

Q Q r U

Q Q P

dm

bù đm

bù đm

2 2 1 3

2 2

2 2 2 1 2

2 1

U

Q Q Q Q r U

Q Q r U

Q Q P

dm

bù bù bù đm

bù đm

.2

2 2 1 3

2 2 2 2

3 2 1 3

1 1 1 1

=+

+

−+

+

−+

Q r Q Q Q

P

r Q Q Q Q r Q Q Q

P

bù bù bù bù

bù

bù bù bù bù

1 1 2

1 2 1 1 2

1 2

r

r Q r

r Q Q

Q r

r Q

1 3

1 1 3

1 3 1 1 3

1 3

r

r Q r

r Q Q

Q r

r Q

Thế vào phương trình (4.1) ta có:

∑

=+

−++

r Q Q r

r Q r

r Q

3

2 1 3

1 3 1 2

1 1 2

1 2 1

r Q Q

Q Q r

r r

r

3

1 1 2

1 3

2 1 3

1 2

Q

3 2 2 1 1 3

2 2 1

1

111.1

11

1 1 3

2 2 1

1

12

11.1

11

r r r r Q Q Q r r r r

1 1

1= − ∑− ∑

Trong đó:

3 2 1

1111

r r r

r tđ

++

2 2

3 3

3 = − ∑− ∑

tđ n

bù n

r

Q Q Q

r

r

1

11

1

2 1

+++

1

là tổng công suất phản kháng của mạng trước khi bù

 Q bù∑ là tổng công suất cần bù trong toàn mạng

Nếu công suất bù tối ưu ở 1 nút nào đó âm, khi đó cần tính lại điện trở tương đương rtđ sau khi đã bỏ nhánh i (cả tổng trở và công suất) và tính lại công suất bù

Ví dụ: cho mạng điện hình tia với các số liệu trên hình (4.2), hãy xác định dung lượng bù cho các nhánh

105,0

11,0

11

11

4 3 2 1

 Dung lượng bù của từng nhánh:

1,0

12001700

12001700

12001700

12001700

200

bù

4.1.3 Phân phối lượng bù trong mạng phân nhánh

Xét một mạng phân nhánh như hình vẽ (hình 4.3), có thể coi là nhiều mạng hình tia ghép lại

Hình 4.3: Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo mạng phân nhánh

Ví dụ: tại điểm 3, có thể coi như có 2 nhánh hình tia r3 và r4 ghép lại, tại điểm 2 ta coi như có 2 nhánh hình tia

Một nhánh là r2 và một nhánh nữa điện trở tương đương của phần phía sau, tức

là r3, r4 và r23, ký hiệu là r5.

4 3

4 3 23

5

r r

r r r

r

++

=

Tại điểm 1 ta coi như có 2 nhánh r1 và r6 với:

5 2

5 2 12

6

r r

r r r

r

++

n

r

Q Q

Q

4

) 1 ( )

1 ( − ∑ −

−

=

Trong đó:

 Qn là công suất phản kháng của nhánh n

 Q∑ (n− 1 ) là tổng công suất phản kháng cung cấp cho điểm (n-1)

 Q bù∑ (n− 1 ) là tổng dung lượng bù cho điểm (n-1)

 rtđn là điện trở tương đương của mạng kể từ điểm (n-1) trở về sau

Ví dụ: Cho mạng điện phân xưởng như (hình 4.4) :

025 , 0 012 , 0

4 3

4 3

+

= +

=

r r

r r

004 , 0 0081 , 0 008 , 0

) 004 , 0 0081 , 0 (

008 , 0

23 3 2

23 3 2

+ +

+

= + +

+

=

r r r

r r r r

tđ

tđ

00495 ,

0 005 , 0 0048 , 0 010 , 0

) 005 , 0 0048 , 0 (

010 , 0 ) (

21 2 1

21 2 1

+ +

+

=

r r r

r r r r

tđ tđ

 Dung lượng bù tối ưu cho từng nhánh:

51 01

, 0

00495 ,

0 ).

300 500

( 150

bù

40 008

, 0

0048 , 0 ).

249 350

( 100

bù

172 012

, 0

0081 , 0 ).

209 250

( 200

bù

37 025

, 0

0081 ,

0 ).

209 250

( 50

Hình 4.5: Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo mạng phân nhánh

Được phân bố theo nguyên tắc từ cuối đường dây trở về nguồn và phân tối đa công suất ở những phụ tải cuối đường dây

Nếu q3 > qbù3 ta có qbù3 = q3 do đó còn lại qbù - qbù3 phân vào nút 2 tiếp tục như vậy khi nào qbù < qi thì dừng

4.1.5 Phân phối dung lượng bù trong mạng điện hỗ hợp

Ta có sơ đồ mạng điện hỗn hợp như (hình 4.6):

Tính điện trở tương đương của từng nhánh như (hình 4.6b), khi đó coi mạng điện là hình tia và phân phối công suất theo mạng hình tia

2 1 2 3 12

2 2 3 23

2 3

)(

.)(

.)(

Q Q Q

r Q Q Q r Q Q r Q

++++

n i

i i tđ

Q

r Q r

1 2 1 2

)(

Trong đó:

 Qi là công suất phản kháng và điện trở của đường dây i

 Qj là công suất phản kháng của phụ tải j

Điện trở tương đương nhánh 3 rtđ3 là mạng có 1 phụ tải

Xác định qbudi như với mạng điện hình tia, khi đã có qbudi ta phân phối công suất

bù trong các nhánh như sau:

 Nhánh 1 là đường dây phân nhánh có đường dây rẽ nhánh

 Nhánh 2 là đường dây phân nhánh không có nhánh rẽ

 Nhánh 3 là đường dây có 1 phụ tải

4.1.6 Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp phân xưởng

Vấn đề đặt ra là khi đã tính được dung lượng bù của một nhánh nào đó, cần phải xác định xem nên phân phối lượng bù về phía sơ cấp hay thứ cấp của máy biến

áp để đạt hiệu quả kinh tế hơn

Ta biết rằng giá thành 1 kvar tụ điện điện áp cao (6÷10) kv, rẻ hơn giá thành 1 kvar tụ điện điện áp thấp (0,4) kv Song việc đặt tụ điện ở phía điện áp thấp lại giảm

được tổn thất công suất so với việc đặt tụ điện ở phía điện áp cao Vì vậy cần tính toán

so sánh để tìm được dung lượng bù ở phía điện áp thấp hợp lí nhất

Gọi qbù thấp là dung lượng bù ở phía điện áp thấp, vốn đầu tư để đặt dung lượng

bù qbù thấp ở phía điện áp thấp lớn hơn vốn đầu tư để đặt một dung lượng bù tương tự ở phía điện áp cao là:

∆v = (athấp – acao).qbù thấp

Trong đó:

 acao là giá thành 1 kvar tụ điện điện áp cao (đ/kvar)

 athấp là giá thành 1 kvar tụ điện điện áp thấp (đ/kvar)

Số tiền tiết kiệm được mỗi năm do đặt thiết bị bù ở phía điện áp thấp là:

3 2

2 2

10

.

) (

U

t k R R Q

 Qbù thấp là dung lượng bù đặt ở phía điện áp thấp của máy biến áp (kvar)

 RB là điện trở của máy biến áp quy đổi về phía điện áp thấp (Ω)

 k là hệ số kể đến số ca làm việc trong ngày:

Gọi t là thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch tính bằng năm, sau thời gian đó

số tiền tiết kiệm được là t.v, số tiền này không những bù đắp được chênh lệch vốn đầu

tư mà còn lớn hơn ∆v một lương f, f chính là hiệu quả của việc phân phối dung lượng

) (

. 2 3

2 2

buthap buthap

cao thap tđ

B

U

Q Q Q T

cách lấy đạo hàm, chúng ta có thể dễ dàng tìm được Qbu thap tối ưu để hàm f đạt cực trị

Giá trị Qbù thấp tối ưu được xác định theo biểu thức:

Qbù thấp tối ưu =

).(

2

10.)

tđ B

cao thap

R R t k T

U a a Q

+

−

−

Thông thường chưa biết tụ điện đặt trong mạng điện áp thấp như thế nào, nên người ta thiết kế không có số liệu chính xác để tính rtđ, một cách gần 31ung có thể tính

Trong đó: λ được lấy như sau:

 Đối với trạm trong hoặc kề phân xưởng:

o Mạng là dây dẫn hoặc dây cáp: λ = 0,4

o Mạng là thanh cái: λ = 0,6

 Đối với trạm ngoài phân xưởng: λ = 0,8

t k T

U a

athap cao

=

−

2

10 2 2

λ+

Hay: Qbù thấp tối ưu = −R B(1+λ)

M

Do đó: Qbù cao tối ưu = Qbù – Qbù thấp tối ưu

Điện áp của máy biến áp quy đổi về điện áp thấp có thể lấy theo bảng sau:

Bảng 4.1 Thông số máy biến áp

Rb(Ω) 0,034 0,018 0,0088 0,0034 0,0031 0,0021 0,00106

4.2 Cách nối dây của tụ điện.

4.2.1Tụ điện nối theo hình tam giác ∆.

C

c

d d f

f bù

X

U U I

U

Q =3 =3

Với X c C f C

.2

1

Q bù =3 d2.2π (var)

Ta tính được dung lượng của tụ:

f U

Q C

d

bù

.2

3 2 π

Trong đó:

 Ud là điện áp dây (v).

 Qbù là công suất phản kháng tụ phát ra (var)

Hình 4.7: Sơ đồ tụ bù đấu hình tam giác.

4.2.2Tụ điện nối theo hình sao Y.

.3.3

c

d d f

f

X

U U I

bù

U f

Q C

π

Hình 4.8: Sơ đồ tụ bù đấu sao

So sánh hai biêu thức tụ điện nối theo hình tam giác và tụ điện nối theo hình sao ta thấy cùng một dung lượng bù, tụ điên nối theo hình tam giác thì điện dung của

tụ nhỏ hơn 3 lần so với tụ điện nối theo hình sao

4.3 Sơ đồ nối dây và điện trở phóng điện.

Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp cao được trình bày trên (hình 4.7), vì tụ điện điện áp cao là loại 1 pha nên chúng được nối lại với nhau thành hình tam giác, mỗi

pha có cầu chì bảo vệ riêng Khi cầu chì một pha nào đó bị đứt, tụ điện của hai pha còn lại vẫn tiếp tục làm việc

Thiết bị đóng cắt cho nhóm tụ điện này có thể là máy cắt (hình 4.9a) hoặc máy cắt

phụ tải có kèm theo cầu chì (hình 4.9b)

Để đo lường và bảo vệ người ta đặt các máy biến dòng bi và máy biến điện áp

bu, máy biến áp bu ngoài nhiệm vụ đo lường và bảo vệ; nó còn được dùng làm điện trở phóng điện cho tụ điện khi tụ được cắt ra khỏi mạng Để làm được nhiệm vụ đó máy biến áp đo lường bu phải được nối vào phía dưới các thiết bị đóng cắt và ở ngay đầu cực của nhóm tụ điện

Hình 4.9: Sơ đồ máy cắt cho tụ điện a) Thiết bị đóng cắt cho nhóm tụ điện này co thể là máy cắt

b) Có máy cắt phụ tải kèm theo cầu chì

Trong trường hợp tụ điện bù riêng cho động cơ hoặc máy biến áp thì không cần phải dùng bù để làm điện trở phóng điện mà có thể dùng ngay cuộn dây stator của động cơ hoặc cuộn sơ cấp của máy biến áp để làm điện trở phóng điện

Hình 4.10: Sơ đồ nối dây của tụ Hình 4.11: Sơ đồ nối dây của tụ điện điện điện áp cao điện áp thấp

Thiết bị đóng cắt và bảo vệ có thể là cầu dao và cầu chì, aptomat hoặc contactor và cầu chì

Tụ điện điện áp thấp là loại 3 pha các phần tử đã được nối sẵn thành tam giác ở phía trong

Đối với tụ điện điện áp thấp, người ta thường dùng bóng đèn dây tóc công suất khoảng (15÷40) w để làm điện trở phóng điện cho tụ điện

Dùng bóng đèn có ưu điểm ở chỗ: khi điện áp dư của tụ điện phóng hết thì đèn tắt, do đó dễ theo dõi, nhưng cần chú ý kiểm tra, tránh trường hợp đèn hỏng không chỉ thị được

Hình 4.12: Sơ đồ phóng điện cho tụ điện

Điện trở phóng điện của tụ điện phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:

 Giảm nhanh điện áp dư trên tụ điện để đảm bảo an toàn cho người vận hành, người ta quy định sau 30 phút điện áp trên tụ điện phải giảm xuống dưới 65v

 Ở trạng thái làm việc bình thường tổn thất công suất tác dụng trên điện trở phóng điện so với dung lượng của tụ điện không vượt quá trị số 1w/kvar

 Dòng phóng điện không được lớn quá

Điện trở phóng điện được tính theo công thức sau đây:

10.15

Trong đó:

 Q là dung lượng của tụ điện (kvar)

 Uf là điện áp pha của mạng

Để có thể sẵn sàng làm việc ngay sau khi tụ điện được cắt ra khỏi mạng, điện trở phóng điện phải được nối phía dưới các thiết bị đóng cắt và ở ngay đầu cực của nhóm tụ điện Các bóng đèn làm điện trở phóng điện có thể được nối theo hình sao hoặc hình tam giác, cách nối tam giác có ưu điểm hơn, vì khi một pha của điện trở phóng điện bị đứt thì 3 pha của tụ điện vẫn có thể phóng điện qua hai pha còn lại của điện trở

Dòng điện định mức của dây chảy cầu chì bảo vệ cho tụ điện không vượt quá 110% dòng điện định mức của nhóm tụ điện; thiết bị bảo vệ quá dòng điện không được chỉnh định quá 120% dòng điện định mức của nhóm tụ điện

CHƯƠNG 5: CHỌN VÀ VẬN HÀNH TỤ ĐIỆN 5.1.Lựa chọn và hiệu chỉnh dung lượng bù.

5.1.1.Chọn tụ điện.

Chủ yếu chọn theo điện áp định mức, số lượng tụ do dung lượng bù quyết định

Tụ điện điện áp thấp thường chế tạo thành tụ 3 pha nối thành hình tam giác Tụ điện điện áp cao thường chế tạo thành tụ 1 pha và chúng được ghép lại thành hình tam giác, thường có cầu chỉ bảo vệ riêng cho từng pha

5.1.2.Điều chỉnh dung lượng.

Ứng với mỗi chỉ số phụ tải Q luôn có một dung lượng bù tối ưu Vì vậy, phải điều chỉnh dung lượng bù sao cho phù hợp với tải để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Vì tải luôn biến đổi mà các tụ được chế tạo có dung lượng nhất định nên việc điều chỉnh liên tục dung lượng rất khó thực hiện Trong thực tế, người ta chia tụ điện thành nhiều nhóm nhỏ và tùy theo sự biến đổi tải mà cho một hay nhiều nhóm tụ làm việc

Nhóm tụ làm việc suốt 24 giờ gọi là nhóm tụ bù nền Nhóm còn lại chỉ làm việc gián đoạn trong thời gian có phụ tải lớn Việc điều chỉnh dung lượng bù nhảy cấp như vậy có khuyết điểm sẽ có những vùng thừa và những vùng thiếu Để giảm bù thừa,bù thiếu ta phải phân tụ điện thành nhiều nhóm nhỏ; như vậy sẽ tốn nhiều thiết bị đóng cắt, đo lường Bảo vệ và điều chỉnh dung lượng bù phức tạp Vì thế việc phân nhóm tụ điện phải căn cứ vào tình hình cụ thể và cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật Ở mạng điện cao áp dung lượng của nhóm tụ điện không nên < 400 kvar; ở mạng điện thấp áp dung lượng của một nhánh < 1000 kavr, nếu dung lượng cúa nhánh < 30 kvar thì không nên đặt tụ điện ở nhánh đó mà chuyển sang các nhánh lân cận

Viêc điều chỉnh dung lượng bù có thể được thực hiện bằng tay hoặc tự động Việc điều chỉnh tự động thường chỉ được đặt ra trong trường hợp bù tập trung với dung lượng lớn

Có 4 cách tự động điều chỉnh dung lượng bù:

 Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp: nếu điện áp của mạng điện sụt xuống dưới định mức thì đóng thêm tụ vào và ngược lại Phương pháp này nâng cao được hệ số công suất và ổn định điện áp cho mạng

 Điều chỉnh tự động dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian: dựa vào sự biến đổi của tải trong một ngày đêm mà đóng thêm hay cắt bớt tụ ra Phương pháp này áp dụng khi đồ thị phụ tải tương đối ổn định và người vận hành phải nắm vững đồ thị đó

 Điều chỉnh tự động dung lượng bù theo phụ tải, được dùng trong trường hợp phụ tải biến đổi đột ngột khi dòng điện tăng cần đóng thêm tụ vào và ngược lại

 Điều chỉnh dung lượng bù theo hướng đi của công suất phản kháng, thường được dùng khi trạm biến áp ở cuối đường dây và xa nguồn Nếu công suất phản kháng chạy từ nguồn đến phụ tải đóng thêm vào và ngược lại.

có từ hai cửa trở lên, phòng đặt tụ điện phải được thông gió tốt, giữ cho nhiệt độ không khí trong phòng không vượt quá 300C, trong phòng không dùng chiếu sáng tự nhiên để tránh tụ điện bị chiếu nắng trực tiếp, mà dùng đèn để chiếu sáng Tụ điện được đặt trên giá sắt, có thể chia thành 3 tầng, giữa các tụ điện trong một tầng phải có khoảng cách thích hợp để thông gió dễ dàng

Tụ điện điện áp thấp khi đặt tập trung thường được bố trí trong các tủ thành một tầng hoặc hai tầng

Khi dùng phương án bù phân tán, tụ điện được đặt trong các tủ đặt bên cạnh tủ phân phối động lực, cũng có thể đặt ngay trên các xà nhà xưởng

Tụ điện điện áp thấp ít có khả năng gây nổ nên không cần đặt chúng vào phòng riêng mà có thể đặt ngay trong nhà xưởng, nhưng nơi đặt cũng cần khô ráo, ít bụi bặm

và thoáng mát

Nguyên nhân chủ yếu làm tụ điện hư hỏng là do điện áp đặt lên tụ cao quá, vượt quá giá trị định mức, khiến cường độ điện trường trong tụ vượt quá giới hạn cho phép, (thường là 12÷13 kv/mm) Khi đó trong tụ điện phát sinh hiện tượng ion hoá dầu cách điện và dẫn đến sự cố ngắn mạch do cách điện bị chọc thủng

Vì vậy khi vận hành tụ điện cần chú ý hai điều kiện sau đây:

 Điều kiện nhiệt độ: phải giữ cho nhiệt độ không khí xung quanh tụ điện không được vượt quá 350C

 Điều kiện điện áp: phải giữ cho điện áp trên cực của tụ điện không vượt quá 110% điện áp định mức, khi vượt quá giá trị trên phải cắt ngay tụ điện ra khỏi lưới điện

Để tránh ảnh hưởng của tình trạng dao động điện, một số tụ điện được chế tạo với

điện áp định mức cao hơn điện áp định mức tương ứng của mạng là 5%; ví dụ:

tụ 10,5 kv, tụ 6,3 kv vì điện áp của mạng không thường xuyên vượt quá định mức nên trong thực tế dung lượng của tụ điện thường nhỏ hơn dung lượng định mức ghi trên biển máy là 10%

Trong vận hành nếu thấy hình dáng của tụ điện thay đổi (thường phình ra) thì phải cắt ngay tụ điện ra khỏi mạng

CHƯƠNG 6: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN & LỰA THIẾT BỊ CHO TỦ TỤ

BÙ 6.1 Tổng Quát

Khí cụ điện là những thiết bị được sử dụng cho một chức năng cụ thể nào đó trong ngành điện, thường quy định những chức năng cụ thể như đóng cắt, điều khiển, bảo vệ Tùy thuộc vào từng chức năng mà ta có các loại khí cụ điện khác nhau

Khí cụ điện (KCĐ) là thiết bị điện dùng để : đóng cắt, bảo vệ, kiểm tra, tự động điều khiển, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chung trong trường hợp sự cố

Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích

cỡ khác nhau được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống (các nhà máy điện, trạm BA, hệ thống truyền tải điện, )

Trong phạm vi của chương này, chúng ta đề cập đến các vấn đề như sau : cơ sở

lý thuyết, nguyên lý làm việc, kết cấu và đặc điểm của các loại KCĐ dùng trong ngành điện và trong công nghiệp

6.2 Phân Loại

 Phân loại theo chức năng

 Phân loại theo nguyên lý làm việc

 Phân loại theo nguồn điện

 Phân loại theo điều kiện môi trường

6.3 Phân loại theo chức năng

a Nhóm KCĐ đóng cắt: dùng để đóng cắt, chuyển đổi mạch điện (như cầu dao, dao cách ly, dao phụ tải, máy cắt, công tắc tơ…)

b Nhóm KCĐ hạn chế dòng điện, điện áp (khi bị sự cố) như: Kháng điện, chống sét van…

c Nhóm KCĐ mở máy, điều khiển: như các bộ mở máy, khống chế, điện trở mở máy, công tắc tơ, khởi động từ…

d Nhóm KCĐ kiểm tra, theo dõi: có chức năng kiểm tra và theo dõi sự làm việc của đối tượng và biến đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện Như các loại rơle, các bộ cảm biến…

e Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ duy trì ổn định các tham số điện (như ổn áp, bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát, ổn định nhiệt độ, ổn định tốc độ …)

f Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ đo lường: như máy biến dòng điện, máy biến điện áp

6.3.1 Phân loại theo nguyên lý làm việc

KCĐ được chia theo các nguyên lý sau:

 Nguyên lý điện cơ

 Nguyên lý điện từ

 Nguyên lý từ điện

 Nguyên lý điện động

 Nguyên lý nhiệt

 Nguyên lý có tiếp xúc và không tiếp xúc

6.3.2 Phân loại theo nguồn điện

 Khí cụ điện xoay chiều

 Khí cụ điện một chiều

 Phân loại theo cấp điện áp

• Khí cụ điện hạ áp: Uđm <1000V

• Khí cụ điện trung áp: 1000V ≤ Uđm < 100 kV

• Khí cụ điện cao áp: 100 kV ≤ Uđm < 400 kV

• Khí cụ điện siêu cao áp: Uđm ≥ 400 kV

6.3.4 Phân loại theo điều kiện môi trường

• KCĐ lắp đặt trong nhà

• KCĐ lắp ngoài trời

• KCĐ làm việc trong môi trường dễ cháy nổ…

6.4 Các yêu cầu của khí cụ điện

• Các yêu cầu về kỹ thuật

• Các yêu cầu về vận hành

• Các yêu cầu về kinh tế, xã hội

• Các yêu cầu về công nghệ chế tạo